氣象水文保障課程設計思考范文
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【摘要】目前，國際上先進的海洋國家已經建立了完善的海戰場氣象水文信息保障系統。美國的海軍海洋戰場氣象水文環境保障服務系統的建設，已有半個多世紀的發展歷史，從研究內容看，美國在上個世紀五六十年代，重點在海洋水文和海洋氣象方面進行分析預報研究，以保障軍事航海和登陸作戰的需要。回顧了國外氣象水文保障的現狀，分析了現代化戰爭對氣象水文保障的軍事需求，列舉了未來氣象水文保障的建設內容。
【關鍵詞】氣象水文;現代化戰爭;軍事需求
一、國外氣象水文保障技術現狀
1．氣象海洋保障體系美國和俄羅斯的海軍海上作戰艦艇都建立有與海洋環境密切關聯的戰術指揮系統。美軍以“從海底到太陽”的“無縫隙”保障理念為指導，圍繞實現“擁有天氣”的能力目標，強調“氣象海洋保障資源的優化配置”，建立了結構齊備完整、功能先進的氣象海洋保障裝備體系。美國由海軍區域海洋氣象中心運行海洋環境同化系統（MODAS），然后將圖形產品分發至海上作戰艦艇。艦上通過接收MODAS的圖形產品和艦上本身具備的靜態氣候態初始場，通過現場BT資料訂正后，將海洋環境數據分配至戰術輔助決策系統或作戰武器平臺。美軍針對海戰環境研制的海軍戰術環境支持系統TESS（Tactical Environmental Support System）裝備航母和其它艦艇，成為美國海軍新一代海洋氣象和海洋環境的戰術決策支持系統。2．氣象水文信息服務技術發展對氣象水文的研究離不開數據支撐，氣象水文數據的獲取由傳統的人工監測發展為現在的含有高新技術陸基、空基和天基的氣象水文立體觀測網。美國的各種海洋觀測手段基本覆蓋全美，同時還有先進的衛星遙感、雷達和GIS技術，形成了一個全方位立體式的監測體系。同時，隨著觀測手段的日益增長和豐富、數值大氣模式和海洋模式的迅猛發展，戰場自然環境數據呈指數式增長。在全球海洋資料稀缺的情況下，美軍建立海洋大數據庫，收集海量氣象水文信息，推動基于大數據的海洋綜合數據處理核心技術發展；提出“透明海洋”概念，建立包括海洋地理（含海岸線和島礁），人工設施，海洋底質、電磁和聲場，洋流運動，溫、鹽、密和透明度等常規海洋要素，海面風場和海浪等作戰相關要素的三維交互式動態演進信息平臺框架。通過氣象水文數據和產品的交互分析與可視化顯示，可直觀、準確地反映氣象水文數據的內在聯系，有效地輔助預報員與指揮員掌握數據的變化規律。如美國馬里蘭大學研制開發的Grid Analysis and Display System（簡寫為Grads）、美國National Weather Service公司研制開發的Advanced Weather Interactive Processing Sys－tem（簡寫為AWIPS）、美國Weather Graphics Technolo－gies公司推出的商業軟件產品Digital Atmosphere（簡寫為DA）也都提供了各類氣象水文數據的可視化表達方式與相應的交互操作。
二、軍事需求
新形勢下我軍氣象水文保障由傳統的本土型保障向新型的全球化保障轉變，保障領域由單一的氣象環境向海洋和太空環境拓展，保障方式由粗泛定性向精細定量邁進，保障內容進一步綜合多元。氣象水文信息融合分析與應用服務，是戰場環境感知活動的重要組成部分，是信息化條件下作戰保障的重要環節。隨著戰爭形態的演變，作戰樣式的發展，以及信息技術的不斷進步，戰場環境感知的戰斗力倍增器作用愈加凸顯，已成為影響戰爭進程乃至戰爭勝敗的關鍵因素之一。發展氣象水文環境信息融合分析與應用服務技術，實時掌握氣象水文變化態勢、及時提供準確、可靠的氣象水文環境信息，為作戰指揮、武器裝備運用等軍事行動提供氣象水文環境綜合信息支持。其軍事需求體現在以下幾個方面。1．適應國家利益全球化保障需求2025年前，國際戰略格局和我國安全環境可能隨著世界戰略力量分化組合進一步調整，全球與地區性國際組織多邊制衡的局面，多極化戰略格局逐步形成。我國安全環境呈現出陸上威脅相對減緩，海洋、太空和電磁領域威脅趨重的特點。當前和今后一個時期，我國周邊安全形勢不容樂觀，反恐防暴任務嚴峻，來自海上的安全威脅尤為突出；“一帶一路”國家戰略方興未艾，非戰爭軍事行動任務繁重，“三海”“兩洋”氣象水文保障日趨常態化；從國家長遠發展和整體利益出發，還應前瞻部署包括北極在內的全球其他重要區域，積極參加北極的開發利用。因此，必須把握全球氣象水文變化態勢，具備氣象水文信息服務全球覆蓋能力。迫切需要氣象水文部門拓展保障范圍，提供精細化氣象水文環境信息保障，加強和提升氣象水文環境信息的融合能力。2．應對陸海空天立體化保障需求現代化戰場空間已拓展至陸、海、空、天、電、網，陸海空天武器裝備應用對氣象水文精細化保障提出了新的要求，傳統單一預報技術已不能滿足新的戰場環境下保障服務需求，需要綜合運用信息探測、信息處理、分析預報、信息服務等技術，獲取戰場環境實時信息，預測戰場環境未來變化。信息技術作為戰斗力的倍增器，越來越強調用戶參與，按需服務。迫切需要充分運用云計算、智能信息處理、多維可視化、服務動態組合、快速數據加載等先進信息技術和理念，綜合采用新的技術手段，研究新的信息處理算法，引入新的信息服務模式，加快海量數據的處理速度，提升保障信息的時效性、準確性、可靠性和可用性。3．滿足多元信息集成化保障需求隨著世界新軍事變革深入發展，武器裝備的遠程精確化、智能化、隱身化、無人化趨勢日趨明顯，戰爭形態正加速向信息化戰爭演變。氣象、海洋環境時刻影響著戰爭進程的各個環節，無論是戰略戰術，還是武器裝備、通信指揮以及部隊行動和官兵士氣，都受其影響，有時甚至決定戰爭勝負的關鍵因素。多平臺協同、各軍種聯合一體化作戰成為現代戰爭的基本形式，參戰力量的多元化及大量使用高技術武器裝備，使得未來信息化戰爭不僅要求提供常規氣象要素和宏觀天氣變化情況，而且要重點研究海洋環境、空間環境、電磁波傳播環境（如大氣透射率、大氣波導等）對信息化武器裝備的影響，提供內容更加豐富的戰場大氣、海洋和空間特需要素產品。迫切需要研究面向軍委聯合參謀部、戰區和軍兵種戰場環境保障部門氣象水文信息系統部署的需求和模式；研究面向不同規模的聯合作戰、軍事演習等軍事行動的氣象水文信息綜合保障需求；研究面向戰略、戰役、戰斗和戰術的氣象水文信息保障內容和方式，通過對觀探測信息、預報產品和其他相關信息的融合分析，豐富產品級和決策級氣象水文保障信息，實現氣象水文信息與地理測繪、指揮控制等信息的有機集成，提升信息主導、精打要害、聯合制勝的信息化作戰能力。4．針對武器裝備實戰化保障需求武器裝備效能的發揮與氣象水文條件密切相關，如機動武器平臺效能的發揮受氣象水文環境的影響很大，對氣象水文信息提出了格點化、精細化、隨移動平臺實時更新和顯示的嚴苛要求，需要根據不同武器平臺的作戰環境特點，提煉和融合最必要的氣象水文環境信息，將其轉化為三維要素格點場。例如，通過對衛星遙感資料、海上浮標、船舶、島嶼站等觀測資料的融合分析，可以彌補海上常規觀測站點的空間分布不均勻，提高資料的空間分辨率。迫切需要研究集合多種觀測數據的數據融合方法，使不同觀測資料之間優勢互補。一方面，指導天氣系統的時空演變、高低空急流以及水汽輸送理論的研究；另一方面，提高海面風浪、海霧、洋流、躍層、風向、風速、氣壓、能見度等要素的預報預測能力，為移動武器平臺實時更新所需的最新地域氣象水文環境信息，逐步實現氣象保障與指揮控制系統和武器系統的有機融合。5．支撐數值預報精細化保障需求區域危險性天氣諸如雷暴、大風、暴雨、暴雪、惡劣能見度、低空風切變、下擊暴流和晴空湍流等，對戰役、戰術決策和實施具有決定性影響，這些天氣具有空間尺度小、生命史短、破壞性強等特點，是軍事氣象水文預報保障的重點和難點之一。精細化的全球氣象———海洋———陸地耦合數值預報模式，需要高時空分辨率的網格化、精細化的初始場標準數據，數據融合和同化技術是解決這一問題的有效途徑，解決對中尺度加密觀測站、自動氣象站、數值預報產品、衛星和雷達遙感以及GPS等非常規觀測資料的融合分析問題。雖然我國已初步形成了包括國家級和區域級自動氣象站觀測網、氣象衛星觀測網、海洋衛星觀測網，以及覆蓋我國的多普勒天氣雷達觀測網在內的中尺度氣象觀測網，實現了全天時、全天候、高精度對全球氣象要素隨天氣和時間變化的連續觀測，為軍事危險天氣精細化預報保障提供了大量觀測數據。但是，由于不同觀測手段獲取的數據之間時間和空間分辨率不統一，并且空間覆蓋不完全，在業務上無法直接使用，迫切需要研究滿足業務應用需求的衛星觀測反演數據資料的定量分析產品，改善全球數值預報模式的預報效果。
三、《氣象水文保障》的建設內容
1．氣象水文信息獲取與處理技術戰術多普勒天氣雷達、便攜式綜合戰術氣象觀測系統、空投氣象站、機動大氣廓線探測系統等知識內容。無人機氣象海洋探測系統、下投式探測儀、海洋浮標潛標、艦載探測系統、水下無人潛器探測系統等裝備知識。自動化地面氣象探測網，由S波段、C波段多普勒天氣雷達組成的國家骨干網和X波段局地警戒天氣雷達組成的全國天氣雷達網知識。2．分析預報（測）技術“可分辨云尺度和預報系統”“全球戰區天氣分析和預報系統”和“空間天氣分析與預報系統”，以及水平分辨率為24km和6km的全球和戰場尺度云分析預報產品介紹。全球74個地理區域上的與空軍作戰密切相關的氣象變量（如云層、總云量、云底高度、云頂高度等云參數，飛機積冰、大氣湍流和雷暴等）的可視化產品，為航天部隊提供的太陽活動、電磁環境、電離層環境和中高層大氣的預報保障。為海軍海上航行安全和各類作戰平臺、傳感器和艦載武器系統的作戰運用提供多尺度、多要素的氣象海洋預報保障。先進的氣候保障裝備，即“高級氣候模擬與環境仿真”（ACMES）系統。該系統可提供高分辨率的氣候統計產品，生成10年記錄期的三維格點“歷史”天氣數據集，提供高分辨率的三維環境表征產品，針對某一特定地區、特定歷史時期生成1小時間隔的數值模擬產品，為用戶的仿真模式提供輸入資料。ACMES系統能生成30個氣象參數的100多種描述性統計產品。3．保障應用技術環境影響專題，包括大氣氣體、自然氣溶膠、戰場氣溶膠、輻射傳輸、激光傳播和目標捕獲與系統性能6個部分、30多個模塊組成的“電光武器大氣影響程序庫”，多種電光武器環境影響配套軟件系統，“電光武器戰術決策輔助系統”，為精確制導、偵察、預警等電光武器系統和傳感器的部署使用提供基于環境影響的自動化、定量化的輔助決策。“目標捕獲天氣軟件”“紅外目標場景環境仿真軟件”“夜視鏡天氣影響軟件”“集成式天氣影響輔助決策系統”和“作戰任務計劃天氣影響自動化分析軟件”。這些系統將各種先進的物理模式、自動化的氣象信息處理技術和環境數據庫結合于一體，可制作成易于理解的決策服務產品。4．人工影響局部環境技術消除冷霧常常使用制冷劑（干冰、液態CO2等）；對消暖霧，常采用的方法多是渦輪發動機加熱法消除暖霧。海霧生成條件、預報以及針對海霧環境大氣粒子的散射作用使得視頻圖像嚴重降質問題，重點是采用的基于大氣散射物理模型的海霧去霧數值方法。5．氣象水文信息一體化保障氣象水文信息一體化保障系統概述、氣象水文一體化保障系統的背景知識、保障現狀等相關知識。陸軍集團軍初級戰術互聯網和戰術互聯網的概念和裝備功能。構成陸軍集團軍氣象水文一體化保障系統的關鍵裝備，新型預報保障車的組成、工作原理及軟硬件裝備的功能和使用方法，具體包括終端處理分系統、定位分系統、C波段／Ku波段衛星氣象數據接收分系統、地面氣象觀測分系統、氣象傳真分系統、通信分系統、業務保障分系統。未來信息化戰爭不僅要求提供常規氣象要素和宏觀天氣變化情況，而且要重點研究電磁波的傳播環境、空間天氣、海洋環境對信息化武器裝備的影響，提供內容更加豐富的戰場大氣、海洋和空間環境信息產品。因此，在今后相當長的時期，提高信息化條件下的聯合作戰氣象水文保障能力，將是軍事氣象水文部門的一項緊迫的歷史性任務，必然要求樹立一體化的大系統保障觀念，使軍事氣象系統成為國家氣象事業的有機組成部分，在綜合探測系統的戰略布局、保障要素的融合、信息平臺的互聯互通、預報保障的組織協調以及后備力量的建設上，建立切實可行的運行機制，制定系統配套的法律法規，創建三軍一體、軍民結合、軍民兼容的新型一體化保障體系，實現聯合氣象保障能力的整體躍升。開展武器裝備影響適應性評估，建立和完善適應作戰指揮、戰場建設和高技術武器裝備作戰需要的軍事氣候分析應用系統和戰場環境影響數值仿真系統，提高軍事氣候分析應用和戰場環境影響輔助決策水平和能力。
參考文獻：
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［4］鄭紅艷．對新形勢下氣象水文保障的幾點思考［J］．科技信息，2012，（04）．
作者:劉宇迪 郭海龍 單位:國防科技大學氣象海洋學院
